納米尺度電滲的分子動力學研究.pdf

1、微泵控制技術是微電子機械系統(tǒng)發(fā)展需要解決的關鍵問題之一，由于電滲微泵結構簡單，操作簡單易行等優(yōu)點，得到了人們越來越多的關注?；谶B續(xù)介質假設，Poisson-Boltzmann方程和Navier-Stokes方程的連續(xù)性理論在處理微米尺度以上的電滲流時取得了相當大的成功。當管徑減小至納米級時，連續(xù)性理論是否仍然能夠用于描述納米尺度的電滲就很值得探討。 本文采用分子動力學的方法，對間距為2.9nm兩平行板間的電滲現(xiàn)象進行了研究。首

2、先模擬了平行板間的電滲現(xiàn)象。模擬結果表明，在雙電層的某個區(qū)域內，同號離子的濃度超過了對離子的濃度，出現(xiàn)了電荷倒置現(xiàn)象；約占整個通道的三分之二內的區(qū)域內，溶液朝著與連續(xù)性理論預測的相反方向流動，出現(xiàn)了反轉電滲流。連續(xù)性理論無法解釋電荷的倒置與反轉電滲流這兩種現(xiàn)象。電荷倒置主要由于固體原子及表面電荷對納離子、氯離子不同的作用特性，誘導了電荷過度補償，導致中間區(qū)域內納離子數(shù)量少于氯離子數(shù)量；反轉電滲流可歸于脫水化納離子致密層的形成和電荷倒置兩

3、個因素。 通過在兩平行板上添加電性相反的表面電荷，用分子動力學模擬的方法在復合型納米通道內得到了明顯的剪切流現(xiàn)象。模擬結果顯示，雙電層內的靜電勢大體上成線性下降，偏離了連續(xù)性理論的預測曲線；分子動力學方法所得到的流速值要比與連續(xù)性理論預測結果低50﹪。分子動力學方法與連續(xù)性理論所得到結果差異的原因歸結于二者考慮的粒子之間作用力的不同，以及在納米尺度下連續(xù)性介質假設不再適用等因素。 最后采用在雙電層域兩邊加體態(tài)域的方法，研